CN108517193A - 一种聚氨酯胶粘剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯胶粘剂及其制备方法，所述聚氨酯胶粘剂包括聚酯多元醇、异氰酸酯、溶剂、粘度调节剂、催化剂、扩链剂和终止剂，其中，所述聚酯多元醇10～15份，所述异氰酸酯1～2份，所述溶剂40～85份，所述粘度调节剂30～40份，所述催化剂0.01～0.02份，所述扩链剂0.1～0.5份，所述终止剂0.1～0.3份，所述溶剂包括丁酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯和甲苯。所述聚氨酯胶粘剂粘接性能好，剥离强度高，有害物质污染低，安全性高。所述聚氨酯胶粘剂的制备方法，生产工艺可操作性好，适合工厂现场使用。

Description

一种聚氨酯胶粘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及胶粘剂领域，特别涉及一种聚氨酯胶粘剂及其制备方法。
背景技术
聚氨酯是一种被大量生产的高分子化合物，制作的胶粘剂应用范围广泛。聚氨酯胶粘剂是分子链中含有氨酯基和异氰酸酯基的胶粘剂，由长链段原料与短链段原料聚合而成，是一种嵌段聚合物。一般长链二元醇构成软段，而硬段则是由多异氰酸酯和扩链剂构成。软段和硬段的种类影响着聚氨酯胶粘剂的各项性能。
单组份溶剂挥发型聚氨酯胶粘剂，一般以具有结晶性能的聚酯二醇和异氰酸酯为主要原料。制得的聚氨酯是线型的端羟基高分子量高结晶性聚氨酯，是热塑性聚氨酯。这种结晶性聚氨酯可在溶剂挥发后很快结晶，产生较为满意的初粘强度。聚酯型聚氨酯胶粘剂中存在酯基、氨基甲酸酯基等多种极性基团和多亚甲基等非极性基团，对大多数材料表面都有较强的粘附力，而且分子间能形成氢键，具有较大的内聚力，如对金属、橡胶、塑料、木材、织物等具有良好的粘接性。聚酯型聚氨酯胶粘剂主要用于制鞋行业多孔性材料，如皮革、帆布、鞋底的粘接。
甲苯是合成聚氨酯的优良溶剂，制得的胶粘剂具有优良的涂刷性，以纯甲苯为主要优势溶剂可得到高沸点的溶剂体系，有利于NCO基团和羟基在高温下的聚合反应。甲苯的含量越高，采用溶液聚合法所生产的聚氨酯胶粘剂反应越平稳，越容易控制。但是，甲苯的大量使用造成环境污染，严重影响人类身体健康，造成经济、社会效益及环保等负面效应。
发明内容
本发明提供了一种聚氨酯胶粘剂及其制备方法，用以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种聚氨酯胶粘剂，包括聚酯多元醇、异氰酸酯、溶剂、粘度调节剂、催化剂、扩链剂和终止剂，各组分的质量份数如下：
其中，所述溶剂包括丁酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯和甲苯。
作为优选，所述聚氨酯胶粘剂中，所述溶剂的各组分的质量份数如下：
作为优选，所述聚酯多元醇包括分子量为3000的聚酯多元醇、分子量为2000的聚酯多元醇和分子量为1000的聚酯多元醇中的至少一种。
作为优选，所述异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的至少一种。
作为优选，所述粘度调节剂采用丙酮。
作为优选，所述催化剂采用有机锡催化剂。
作为优选，所述扩链剂包括1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、乙二胺、新戊二醇、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
作为优选，所述终止剂采用乙二醇。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明使用不同分子量的聚酯多元醇进行搭配，提高了所得聚氨酯胶粘剂的粘接性能。
(2)本发明使用多种扩链剂，通过混合扩链的方法，提高分子链段中氨酯基的含量，增加其内聚强度、活性和极性，使聚氨酯胶粘剂的剥离强度得到显著提高。
(3)本发明采用混合溶剂，使用低成本的丙酮、丁酮、碳酸二甲酯和乙酸乙酯，降低甲苯的使用量，降低污染，提高生产的可操作性，同时降低产品的综合成本。
本发明还提供了上述聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)控制反应温度为80℃，向反应釜中依次加入聚酯多元醇和溶剂，混合搅拌均匀；
(2)控制反应温度为82～85℃，向反应釜中依次加入异氰酸酯和催化剂，混合搅拌均匀，反应1～3h；
(3)向反应釜中加入扩链剂，继续反应1～3h；
(4)控制反应温度为80～82℃，向反应釜中加入终止剂，继续反应0.5～1h；
(5)向反应釜中加入溶纤剂；
(6)控制反应温度50℃以下，向反应釜中加入粘度调节剂后出料。
作为优选，所述溶纤剂采用乙二醇单甲醚。
作为优选，步骤(1)中，控制搅拌速度为70r/min～100r/min。
作为优选，步骤(2)中，控制搅拌速度为90r/min～150r/min。
作为优选，步骤(4)中，控制搅拌速度为70r/min～120r/min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述聚氨酯胶粘剂的制备方法调节温和，操作简单，可操作性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的应用范围。
实施例一
一种聚氨酯胶粘剂，包括聚酯多元醇、异氰酸酯、溶剂、粘度调节剂、催化剂、扩链剂和终止剂。其中，
所述聚酯多元醇包括分子量为2000的聚酯多元醇和分子量为3000的聚酯多元醇；
所述异氰酸酯采用HDI；
所述溶剂包括丁酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯和甲苯；
所述粘度调节剂采用丙酮；
所述催化剂采用有机锡催化剂T-12；
所述扩链剂包括1,4-丁二醇和1,3-丁二醇；
所述终止剂采用乙二醇。各组分含量见表1。
所述聚氨酯胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)反应釜预热，控制反应温度为80℃，向反应釜中依次加入聚酯多元醇和溶剂，控制搅拌速度为70～100r/min，混合搅拌均匀；
(2)反应釜升温，控制反应温度为82～85℃，向反应釜中依次加入异氰酸酯和催化剂，控制搅拌速度为90～150r/min，混合搅拌均匀，反应1～3h；
(3)保持反应温度82～85℃，搅拌速度90～150r/min，向反应釜中加入扩链剂，继续反应1～3h；
(4)反应釜降温，控制反应温度为80～82℃，控制搅拌速度为70～120r/min，向反应釜中加入终止剂，继续反应0.5～1h；
(5)控制反应温度为80～82℃，控制搅拌速度为70～120r/min，向反应釜中加入溶纤剂乙二醇单甲醚；
(6)反应釜降温，控制反应温度50℃以下，控制搅拌速度为70～120r/min，向反应釜中加入粘度调节剂后出料。
实施例二
实施例二与实施例一的区别在于，所述扩链剂包括1,4-丁二醇和新戊二醇，各组分含量见表1。
实施例三
实施例三与实施例一的区别在于，所述扩链剂包括1,3-丁二醇和乙二胺，各组分含量见表1。
实施例四
实施例四与实施例一的区别在于，所述聚酯多元醇包括分子量为1000的聚酯多元醇和分子量为3000的聚酯多元醇，所述扩链剂包括1,4-丁二醇和二乙醇胺，各组分含量见表1。
实施例五
实施例五与实施例一的区别在于，所述扩链剂包括1,4-丁二醇和新戊二醇，各组分含量见表1。
实施例六
实施例六与实施例一的区别在于，所述聚酯多元醇的分子量为3000，所述扩链剂包括1,3-丁二醇和三乙醇胺，各组分含量见表1。
对比例一
一种市售某品牌胶粘剂，包括聚酯多元醇、异氰酸酯、溶剂等組分。其中，所述聚酯多元醇包括分子量为2000-3000的聚酯多元醇；所述异氰酸酯采用HDI；所述溶剂包括丁酮、丙酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯和甲苯。
将实施例一～六制备得到的聚氨酯胶粘剂进行如下项目测试，结果见表2～5：
1、初粘性，参考标准：GB-19340-2014。
2、剥离强度，参考标准：GB-19340-2014。
3、耐热老化性，参考标准：GB-19340-2014。
4、剪切强度，参考标准：GB-19340-2014。
5、蠕变性，参考标准：GB-19340-2014。
6、有害物质限量，参考标准：GB-19340-2014。
7、耐老化测试，参考标准：按GB-19340-2014所制标准试片置于鼓风烘箱中，测试条件：70℃鼓风24h，静置24h后测剥离强度，并对比测试前的剥离强度。
8、耐黄变测试，参考标准：按GB-19340-2003所制标准试片置于耐黄变测试机中，测试条件：温度50℃，时间48h，观察黄变程度，黄变等级由1～4表示由差到优秀。
表1实施例所述的聚氨酯胶粘剂各组分的质量份数(单位：份)
表2实施例所述的聚氨酯胶粘剂的粘接性能
表3实施例所述的聚氨酯胶粘剂中的所含有害物质限量
表4实施例所述的聚氨酯胶粘剂的耐老化测试结果
项目 测试前剥离强度(N/mm) 测试后剥离强度(N/mm)
对比例一 4.2 4.2
实施例一 4.5 4.5
实施例二 4.4 4.4
实施例三 4.4 4.4
实施例四 4.6 4.6
实施例五 4.7 4.7
实施例六 4.8 4.8
表5实施例所述的聚氨酯胶粘剂的耐黄变测试结果
UV照射时间 12h 24h 48h
对比例一 4.0级 4.0级 4.0级
实施例一 4.0级 4.0级 4.0级
实施例二 4.0级 4.0级 4.0级
实施例三 4.0级 4.0级 4.0级
实施例四 4.0级 4.0级 4.0级
实施例五 4.0级 4.0级 4.0级
实施例六 4.0级 4.0级 4.0级
由表2可以看出：本发明所述聚氨酯胶粘剂初粘性平均值为2.85N/mm、剥离强度平均值为4.57N/mm、耐热老化性平均值为4.3N/mm、剪切强度平均值为2.35MPa、蠕变性平均值为2.36mm；而市场上所售某品牌胶粘剂初粘性为2.8N/mm、剥离强度为4.2N/mm、耐热老化性为4.1N/mm、剪切强度为2.3MPa、蠕变性平均值为2.7mm。其各方面性能均优于市售胶粘剂。
由表3可以看出：本发明所述聚氨酯胶粘剂在苯含量、游离甲苯二异氰酸酯含量、正己烷、总卤代烃含量检测中均未检出，甲苯+二甲苯含量为169.7g/kg，总挥发性有机物含量为740.5g/L；而市场上所售某品牌胶粘剂甲苯+二甲苯含量为192g/kg、总挥发性有机物含量为748g/L。本发明所得到的产品优于市售胶粘剂。
由表4可以看出：本发明所述聚氨酯胶粘剂耐老化的平均值，测试前的剥离强度为4.57/(N/mm)，测试后的剥离强度为4.57/(N/mm)；而市售某品牌胶粘剂，测试前的剥离强度为4.2/(N/mm)，测试后的剥离强度为4.2/(N/mm)。本发明所得到的产品优于市售胶粘剂。
由表5可以看出：本发明所述聚氨酯胶粘剂耐黄变的平均等级，在UV光照射12h、24h、48h后为4.0级；而市售某品牌胶粘剂耐黄变等级，在UV光照射12h、24h、48h后为4.0级。两者基本接近。
综上所述，本发明所述聚氨酯胶粘剂使用不同分子量的聚酯多元醇进行搭配，提高了所得聚氨酯胶粘剂的粘接性能。并且，使用多种扩链剂，通过混合扩链的方法，提高分子链段中氨酯基的含量，增加其内聚强度、活性和极性，使聚氨酯胶粘剂的剥离强度得到显著提高。所述聚氨酯胶粘剂使用低成本的丁酮、碳酸二甲酯和乙酸乙酯的溶剂部分取代甲苯，降低环境污染，同时使产品综合成本降低。本发明所述聚氨酯胶粘剂产品综合性能好，生产工艺可操作性好，适合工厂现场使用。
本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种聚氨酯胶粘剂，其特征在于，包括聚酯多元醇、异氰酸酯、溶剂、粘度调节剂、催化剂、扩链剂和终止剂，各组分的质量份数如下：
其中，所述溶剂包括丁酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯和甲苯。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述聚氨酯胶粘剂中，所述溶剂的各组分的质量份数如下：
3.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述聚酯多元醇包括分子量为3000的聚酯多元醇、分子量为2000的聚酯多元醇和分子量为1000的聚酯多元醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述异氰酸酯包括六亚甲基二异氰酸酯和4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述粘度调节剂采用丙酮。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述催化剂采用有机锡催化剂。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述扩链剂包括1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、乙二胺、新戊二醇、二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的聚氨酯胶粘剂，其特征在于，所述终止剂采用乙二醇。
9.一种如权利要求1～8任一所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)控制反应温度为80℃，向反应釜中依次加入聚酯多元醇和溶剂，混合搅拌均匀；
(2)控制反应温度为82～85℃，向反应釜中依次加入异氰酸酯和催化剂，混合搅拌均匀，反应1～3h；
(3)向反应釜中加入扩链剂，继续反应1～3h；
(4)控制反应温度为80～82℃，向反应釜中加入终止剂，继续反应0.5～1h；
(5)向反应釜中加入溶纤剂；
(6)控制反应温度50℃以下，向反应釜中加入粘度调节剂后出料。
10.根据权利要求9所述的聚氨酯胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述溶纤剂采用乙二醇单甲醚。
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